Industrielles Video-Over-Wireless
Leicht und sicher
In den vergangenen zehn Jahren hat die drahtlose Kommunikationstechnik in der Industrie große Fortschritte gemacht, viele kabelgebundene Industrienetze wurden mittlerweile umgestellt. Aufgrund der eingeschränkten Wireless-Bandbreite waren Anwendungen wie Video über Wireless lange dennoch nicht wirklich praktikabel. Doch mit 802.11n und 3G HSPA stehen heute Lösungen zur Verfügung, die für den Einsatz in der Industrie ausgereift genug sind.
Viele Industrienetze werden mittlerweile so geplant, dass sie die Videodatenübertragung unterstützen. Die meisten Daten werden dabei von IP-Überwachungssystemen generiert. Da überdies die Sicherheit mehr denn je einen kritischen Faktor darstellt, steigt die Nachfrage nach hoher Kameraauflösung. IP-Überwachungssysteme erzeugen in einer industriellen Netzwerkinfrastruktur jedoch einen größeren Bedarf an Bandbreite. Um das nahtlose Streaming von Videodaten über ein Wireless-Netzwerk zu ermöglichen, müssen die Anwender zunächst verstehen, wie viel Bandbreite jede einzelne Kamera benötigt, um dann den Gesamtbedarf im Netzwerk für die simultane Datenübertragung zu kalkulieren. Obwohl 802.11ac und LTE die neuesten Drahtlos-Standards sind, sind sie in Sachen Interoperabilität und Abdeckung längst nicht ausgereift genug für den industriellen Einsatz. Aktuell sind die wichtigsten Standards für Video-Over-Wireless 802.11n und 3G. Die entsprechenden realen Anwendungen lassen sich in die folgenden drei Szenarien zusammenfassen.
Szenario 1: Dezentrale IP-Überwachung
Die Überwachung von viel befahrenen Produktionsstätten sind gute Beispiele für Anwendungen, die in jedem Fall das Entfernen oder Hinzufügen von Netzknotenpunkten erfordern. Das Hauptproblem dabei ist die mangelnde Flexibilität von kabelgebundenen Verbindungen. Oftmals müssen für neue Knoten auch neue Kabel verlegt werden. Sofern der Einsatz Wireless-Kommunikation eine Option darstellt, lassen sich neue Knoten einfach ohne zusätzlich Datenkabel installieren. Dabei sind zwei Faktoren zu beachten: die drahtlose Abdeckung und die Echtzeitkommunikation. Abhängig davon, welcher Grad von Abdeckung notwendig ist, bietet Moxa eine komplette Reihe von Wireless-Lösungen an, die verschiedene Übertragungsentfernungen unterstützen. Für ein lokales Drahtlosnetzwerk, also in der Regel innerhalb einer Übertragungsradius von 300m, sind 802.11-Empfänger eine gute Wahl, da sie aufgrund ihrer omnidirektionalen Antennen einen guten Antennengewinn erzielen. Für die Kommunikation über weitere Strecken kann der Mobilfunk durchaus die stabilere Lösung sein. Sobald die Entscheidung für Wireless gefallen ist, ist es wichtig, ein Netzwerk-Design einzusetzen, welches ausreichend Bandbreite bietet, um eine Verbindung zu erzielen, die Echtzeit-Videoübertragung unterstützt. Moxa bietet dafür zwei nützliche Werkzeuge: ein Tool, mit dem sich bestimmen lässt, wie viel Bandbreite für jede Kamera erforderlich ist, und einen Rechner, der eine erste Schätzung von Datenraten erlaubt sowie den Antennengewinn der Moxa-AWK-Serie bei verschiedenen Einstellungen berechnet. Sofern betriebs- und sicherheitskritische Systeme in schwer zu verkabelnden Bereichen eingesetzt werden, kann der Verlust von Datenpaketen während der drahtlosen Übertragung die Sicherheit und Zuverlässigkeit gefährden. Moxa hat dieses Problem mithilfe seines proprietären Ansatz Concurrent Dual Radio (CDR) gelöst. Damit erzielen die Lösungen null Paketverlust in Industrieanwendungen. Für Mobilfunkverbindungen bietet Moxas GuaranLink zuverlässige, ununterbrochene Mobilfunkkonnektivität, was sich in null Datenverlust und On-Demand-Funkkommunikation äußert. Aus den Szenarios ist ersichtlich, dass verschiedene Typen von Videoanwendungen unterschiedliche Anforderungen mit sich bringen. Ein Thema, dessen man sicher sein kann, ist, dass die ununterbrochene Videoübertragung über ein industrielles Video-Over-Wireless-Netzwerk unabhängig vom Szenario die robuste Konstruktion der Hardware erfordert. Moxas industrielle Wireless-Produkte wurden für die zuverlässige Übertragung in Industrieanwendungen entworfen und bieten erweiterte Betriebstemperaturen von -40 bis +75°C, vibrationsfeste M12-Stecker und QMA-Stecker, einen hohen Grad an EMV-Schutz sowie eine Vielzahl von Industriezertifizierungen. Die folgende Fallstudie zeigt, wie Moxa sein Know-how in der Implementierung von Video-Over-Wireless-Netzwerken einsetzt. Im Zuge einer Smart-Factory-Potenzialanalyse für ihren Kunden KSB identifizierte die Managementberatung NEONEX Opti mierungschancen bei der Beschaffung der Lieferantendokumentation sowie der Erstellung von Unterlagen zur Qualitätsprüfung entlang der Supply-Chain. ‣ weiterlesen
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Ununterbrochene Videoübertragung über Wireless
Kameras, welche für die dezentrale IP-Überwachung eingesetzt werden, sind üblicherweise in einiger Entfernung vom Kontrollzentrum im Feld installiert. Verglichen mit einem verkabelten Netzwerk bietet Wireless einen kosteneffizienten Weg zur Erweiterung des Netzwerks. Drahtlosnetze müssen in der Lage sein, ein starkes Signal zu senden und über die gesamt Fläche der Anwendung einen nahtlosen Video-Stream zu unterstützen. Die Sicherheit des Netzwerks ist ebenfalls wichtig, um sensible Daten vor Hackern zu schützen. Die folgenden Schlüsselkriterien sind für die Installation und Wartung eines industriellen Drahtlosnetzwerks wichtig:
- • Eine starke Drahtlos-Abdeckung ist die Basis der dezentralen IP-Videoüberwachung. Die Tatsache, dass RF-Signale mit der Länge der zu überwindenden Entfernung schwächer werden, beeinflussen die Datenraten von 802.11- und anderen Mobilfunkgeräten. In jedem Fall sollte vorab ein Gutachten für die besten Standorte von Wireless-Geräten erstellt werden.
- • Bei der Planung eines Wireless-Netzwerks für die Videoübertragung sollte eine präzise Bandbreitenberechnung erfolgen, damit man sicher sein kann, die passenden Geräte einzusetzen. Sobald die Anzahl der IP-Kameras und deren Auflösung und FPS-Einstellung entschieden ist, bekommt man eine bessere Idee davon, welche 802.11- oder Mobilfunkgeräte geeignetsten sind.
- • Echtzeit-Video-Streams erfordern konstante, ununterbrochene Drahtlosübertragung. Interferenzen durch Multipath-Fading oder die Einflüsse der rauen Umgebungsbedingungen können in einer reduzierten und nicht vorhersehbaren Signalstärke, Löchern in der Abdeckung und Paketfehlern resultieren. Daher ist es wichtig, die beste Hard- und Software zu definieren, um solche Hindernisse zu vermeiden.
- • Die Sicherheit in Drahtlosnetzwerken ist wichtig, um IP-Anwendungen vor Informationsverlusten zu schützen. Authentifizierung und Verschlüsselungsprozesse sind sowohl für Wi-Fi, als auch für die Mobilfunkkommunikation erhältlich. Sie schützen die Übertragung von Videodaten über ein Drahtlosnetzwerk. Für Wi-Fi-Verbindungen ist beispielsweise WPA die Basis zum Schutz der Übertragung und jeder Frame wird mittels TKIP-Schlüssel (Temporal Key Integrity Protocol) verschlüsselt.
